[发明专利]增强型氮化镓功率器件及其制备方法

说明书

本发明公开了增强型氮化镓功率器件及其制备方法，该增强型氮化镓功率器件包括衬底、缓冲层、势垒层，势垒层包括设于缓冲层上相互隔离的第一子势垒层和第二子势垒层；第一源极、第一漏极和第一栅极，第二源极、第二漏极和第二栅极，从而形成高压耗尽型GaN HEMT和低压增强型GaN HEMT并级联形成cascode结构。以低压增强型GaN凹栅HEMT代替Si MOSFET，从而可以在器件上同时实现HV GaN MIS‑HEMT和LV GaN MIS‑FET，采用D‑mode高压GaN MIS‑HEMT保持漏端高压，E‑mode低压GaN FET驱动栅端，降低了寄生效应，提高了性能和稳定性。

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，尤其是涉及增强型氮化镓功率器件及其制备方法。

背景技术

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高击穿电场和高饱和电子速度等优点，是高频、高效率功率开关的理想选择。在诸多应用领域中，电力电子系统对使用的GaN器件的常关特性有很高的要求。因而增强型(又称常关型)GaN基高电子迁移率晶体管也就成为了目前研究的一个重要方向。目前实现增强型(E-mode)GaN器件的最常见的方法是利用低压增强型的Si MOSFET和高压耗尽型的GaN HEMT组成的cascode结构。这种cascode结构与Si-CMOS平台兼容，降低了生产成本和复杂度。而且GaN器件阻挡了反向恢复二极管，消除了Miller电容，提高了开关速度，降低了开关损耗。然而，GaN+Si混合的cascode器件仍然存在一些问题，如寄生电容的增加等，这些问题会抵消其带来的开关速度优势。因此，有必要提供一种能够恢复其速度优势的增强型氮化镓功率器件。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种能够保持其速度优势的增强型氮化镓功率器件及其制备方法。

本申请的第一方面，提供一种增强型氮化镓功率器件，该增强型氮化镓功率器件包括：

衬底；

缓冲层，缓冲层设于衬底上；

势垒层，势垒层包括设于缓冲层上相互隔离的第一子势垒层和第二子势垒层；

第一源极和第一漏极，第一源极和第一漏极设于缓冲层上，且第一源极和第一漏极与第一子势垒层接触；

第一栅极，第一栅极设于第一子势垒层上，且位于第一源极和第一漏极之间，从而形成高压耗尽型GaN HEMT；

第二源极和第二漏极，第二源极和第二漏极设于缓冲层上，且第二源极和第二漏极与第二子势垒层接触；

第二栅极，第二栅极深入第二子势垒层中形成凹栅，且位于第二源极和第二漏极之间，从而形成低压增强型GaN HEMT；

高压耗尽型GaN HEMT和低压增强型GaN HEMT级联形成cascode结构。

根据本申请实施例的增强型氮化镓功率器件，至少具有如下有益效果：

本申请所公开的增强型氮化镓功率器件以包括第二栅极等组成的低压增强型GaN凹栅 HEMT代替Si MOSFET，从而可以在器件上同时实现HV GaN HEMT和LV GaN HEMT，采用耗尽型高压GaN HEMT保持漏端高压，增强型低压GaN HEMT驱动栅端，降低了寄生效应，提高了性能和稳定性。

在本申请的一些实施方式中，缓冲层和势垒层之间还设有沟道层。

在本申请的一些实施方式中，沟道层和势垒层之间还设有界面插入层。

在本申请的一些实施方式中，势垒层上还设有帽层。

在本申请的一些实施方式中，第一源极和第二漏极之间电气连接使高压耗尽型GaN HEMT和低压增强型GaN HEMT级联形成cascode结构。